(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォロワと、
下側部分が除去されている上部ローラであって、前記除去された下側部分が前記フォロワの上部と嵌合するように適合させた、上部ローラと、
上側部分が除去されている下部ローラであって、前記除去された上側部分が前記フォロワの下部と嵌合するように適合させた、下部ローラとを含み、
前記フォロワがＳ字形パターンで本体内の前記ローラ間を進行できるように回転するようにそれぞれのローラを適合させた位置で前記上部ローラ及び下部ローラが前記本体内に位置決めされる、ドウェル・サイクル・クランク。
【請求項２】
前記フォロワが実質的に楕円形であり、かつ
前記上部ローラ及び下部ローラが実質的に円形である、請求項１記載のドウェル・サイクル・クランク。
【請求項３】
前記２つのローラが同じ寸法を有する、請求項２記載のドウェル・サイクル・クランク。
【請求項４】
前記上部ローラが前記除去された下側部分の両側に上部外方延伸フランジを有し、前記下部ローラが前記除去された上側部分の両側に下部外方延伸フランジを有する、請求項１記載のドウェル・サイクル・クランク。
【請求項５】
前記本体が、
前記上部ローラを収容するように適合させた第１の穴と、
前記下部ローラを収容するように適合させた第２の穴とを含み、
前記第１及び第２の穴が重なる部分を有する、請求項１記載のドウェル・サイクル・クランク。
【請求項６】
前記フォロワが、前記上部ローラ及び下部ローラの前記除去された部分間の前記第１及び第２の穴の前記重なる部分内に位置決めされるように適合させられる、請求項５記載のドウェル・サイクル・クランク。
【請求項７】
前記第１の穴がその右側に拡張半径を有し、前記第２の穴がその左側に拡張半径を有し、前記拡張半径が前記フォロワ用のＳ字形カムを形成するように適合させられる、請求項６記載のドウェル・サイクル・クランク。
【請求項８】
前記本体内の前記ローラの回転により前記Ｓ字形カムを形成し、前記フォロワが前記Ｓ字形カム内の前記Ｓ字形パターンを移動する、請求項７記載のドウェル・サイクル・クランク。
【請求項９】
前記上部ローラ及び下部ローラの前記上部及び下部外方延伸フランジが前記Ｓ字形スロット付きカム内に前記フォロワを維持するように適合させられる、請求項８記載のドウェル・サイクル・クランク。
【請求項１０】
前記フォロワに動作可能に取り付けられたトルクアームを有するクランクシャフトであって、前記トルクアームがオフセット・ジャーナルである、クランクシャフト
を更に含む、請求項１記載のドウェル・サイクル・クランク。
【請求項１１】
前記クランクシャフトの１サイクル中に前記Ｓ字形カム内を進行する前記フォロワの移動により周期的ドウェル及びストロークを発生し、
前記周期的ドウェル及びストロークがエンジンの容積効率及び幾何学的効率を最大化するために適合させられる、請求項１０記載のドウェル・サイクル・クランク。
【請求項１２】
フォロワと、
下側部分が除去されている上部ローラであって、前記除去された下側部分が前記フォロワの上部と嵌合するように適合させた、上部ローラと、
上側部分が除去されている下部ローラであって、前記除去された上側部分が前記フォロワの下部と嵌合するように適合させた、下部ローラとを含み、
前記フォロワがＳ字形パターンで本体内の前記ローラ間を進行できるように回転するようにそれぞれのローラを適合させた位置で前記上部ローラ及び下部ローラが前記本体内に位置決めされる、ドウェル・サイクル・クランク
を含む、エンジン。
【請求項１３】
前記フォロワが実質的に楕円形であり、
前記除去された下側部分が上部外方延伸フランジを含み、前記除去された上側部分が下部外方延伸フランジを含み、
前記上部ローラ及び下部ローラが実質的に円形であり、同じ寸法を有し、
前記本体が、
前記上部ローラを収容するように適合させた第１の穴と、
前記下部ローラを収容するように適合させた第２の穴とを含み、
前記第１及び第２の穴が重なる部分を有し、
前記フォロワが、前記上部ローラ及び下部ローラの前記除去された部分間の前記第１及び第２の穴の前記重なる部分内に位置決めされるように適合させられ、
前記第１の穴がその右側に拡張半径を有し、前記第２の穴がその左側に拡張半径を有し、前記拡張半径が前記フォロワ用のＳ字形カムを形成するように適合させられ、前記本体内の前記ローラの回転により前記Ｓ字形カムを形成し、前記フォロワが前記Ｓ字形カム内の前記Ｓ字形パターンを移動し、
前記上部ローラ及び下部ローラの前記外方延伸フランジが前記Ｓ字形スロット付きカム内に前記フォロワを維持するように適合させられる、請求項１２記載のエンジン。
【請求項１４】
前記ドウェル・サイクル・クランクが、
前記フォロワに動作可能に取り付けられたトルクアームを有するクランクシャフトであって、前記トルクアームがオフセット・ジャーナルである、クランクシャフト
を更に含む、請求項１２記載のエンジン。
【請求項１５】
前記クランクシャフトの１サイクル中に前記Ｓ字形カム内を進行する前記フォロワの移動により周期的ドウェル及びストロークを発生し、
前記周期的ドウェル及びストロークが前記エンジンの容積効率及び幾何学的効率を最大化するために適合させられる、請求項１４記載のエンジン。
【請求項１６】
前記本体に取り付けられているピストン形シリンダを有する往復運動ピストン
を更に含む、請求項１２記載のエンジン。
【請求項１７】
前記エンジンが、前記本体の上部に取り付けられた上部ピストンと前記本体の下部に取り付けられた下部ピストンとの２つのピストンを含む、請求項１６記載のエンジン。
【請求項１８】
ハウジングを更に含み、前記ハウジングが前記ドウェル・サイクル・クランクを収容するために適合させられる、請求項１２記載のエンジン。
【請求項１９】
前記ハウジングが、
前記上部ピストンと嵌合するように適合させた開放型上端部と、
前記下部ピストンと嵌合するように適合させた開放型下端部と、
前記クランクシャフトにアクセルを取り付けるために適合させた開放型側面と、
前記ハウジング内部で前記ドウェル・サイクル・クランクを位置決めするように適合させた取り付け金具と、
前記エンジンを取り付けるために適合させた複数の取り付け位置と
を含む、請求項１８記載のエンジン。
【請求項２０】
エンジンの容積効率及び幾何学的効率を最大化する方法であって、
ドウェル・サイクル・クランクを提供するステップと、
内燃機関のハウジング内に前記ドウェル・サイクル・クランクを位置決めするステップと、
取り付け金具を介して前記ハウジングの内部にドウェル・サイクル・クランク１００を取り付けるステップと
を含む方法であって、
前記ドウェル・サイクル・クランクは、
実質的に楕円形であるフォロワ、
実質的に円形であり、一部分が除去されており、前記除去された一部分が前記実質的に楕円形のフォロワの上部と嵌合するように適合させている上部ローラ、および
実質的に円形であり、一部分が除去されており、前記除去された一部分が前記実質的に楕円形のフォロワの下部と嵌合するように適合させている下部ローラ、
を含み、
前記フォロワがＳ字形パターンで本体内の前記ローラ間を進行できるように回転するようにそれぞれのローラを適合させた位置で前記上部ローラ及び下部ローラが前記本体内に位置決めされる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２０１０年８月３日に出願された米国仮出願第６１／３７０，１５１号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、往復機関に関し、特に、往復直線運動を回転運動に又はその逆に変換するために効率よくエネルギを使用するドウェル・サイクル・クランク（dwell cycle crank）構成に関する。
【背景技術】
【０００３】
クランクシャフトからオフセットされたクランク・アーム又はヨークにピストン形シリンダが取り付けられている従来の内燃機関（ＩＣＥ）は、典型的な１サイクルで吸入、圧縮、膨張、及び排気という様々なプロセスが進行する。４サイクル・エンジンでは、各プロセスがピストンの各ストロークで行われ、即ち、第１のストローク（下降）は吸入プロセス又は混合気のチャージに対応し、第２のストローク（上昇）は混合気の圧縮プロセスに対応し、第３のストローク（下降）は、クランクを回転させるためのエネルギを発生するために混合気が点火される膨張プロセスに対応し、第４のストローク（上昇）は、ピストン燃焼室から燃焼の廃棄物を排出する排気プロセスに対応する。上記で括弧内に示した方向は主に、垂直方向に往復運動をするようにピストン形シリンダが配置されている構成を例示するものである。多くの従来のＩＣＥが垂直線から逸脱する様々なピストン構成を含むことは注目に値する。
【０００４】
ＩＣＥのもう１つの一般的なタイプは、上述の４つのプロセスのうちの２つが同じストロークで行われる２サイクル・エンジンである。例えば、第１のストローク（下降）は吸入プロセスと膨張プロセスを含み、第２のストローク（上昇）は圧縮プロセスと排気プロセスを含む。
【０００５】
ＩＣＥは基本的に熱伝達熱力学の実用例であるので、上述のエンジンの効率は、一部には、燃焼によって発生した熱エネルギをエンジンがどのように最大化するかによって測定される。ＩＣＥの効率を決定する際に、多くの要因、例えば、クランクとピストンの形状寸法、圧縮比、チャージ時間、燃焼時間、エンジン調整パラメータ、混合気、エンジンブロック温度などが関係することが認識されている。しかし、エンジン内の非効率な動作に関する主な要因の１つはサイクル中の潜在的な熱損失である。それに起因するいくつかの例は、結果的に資源の最大消費に至らず、それによりクランクを回転させるために発生する動力が最適以下になるような混合気の点火タイミング不良、或いはピストン形シリンダ燃焼室とその周囲のエンジンブロック及び／又はその他の付属部品との間の単純な熱損失である可能性がある。このため、多くの市販の車両用エンジンはおおよそ２０％の効率を有する。現在の経済状態及び次第に減少する資源のために、より効率的なエンジンが必要になっている。
【０００６】
下記の特許文献１では、上述の問題を解決するように設計されたドウェル・サイクル・クランクが開示されている。この国際出願は参照により全体として本明細書に取り入れられている。前記出願のドウェル・サイクル・クランクは、ピストンヘッド又はシリンダを有する往復運動ピストンと、ピストンヘッドに接続された本体と、本体に脱着式に取り付けられたキャップと、本体とキャップとの間に形成されたＳ字形カムと、Ｓ字形カム内に配置された接続ベアリング又はフォロワと、回転可能クランクシャフトと、接続ベアリングとクランクシャフトとの間に配置され、それによりトルクアームを形成するためのオフセット・ジャーナルとを含む。本出願の図１〜図３は、この従来技術のＰＣＴ出願のドウェル・サイクル・クランクを示している。Ｓ字形カムと接続ベアリングは、クランク・サイクル内の重要ポイントでドウェル及び高速ストロークを発生し、エンジンの容積効率（volumetric efficiency）及び幾何学的効率（geometric efficiency）を最大化する。
【０００７】
下記の特許文献１に記載のドウェル・サイクル・クランクはエンジンの容積効率及び幾何学的効率を改善するものであることが知られているが、この従来技術のドウェル・サイクル・クランクは改善することができる。改善可能な領域の１つは、フォロワとＳ字形カムの上部及び下部との間の重荷接点であった。このような重荷接点の結果、フォロワ及び／又はＳ字形カムの摩耗が発生し、その結果、エンジンの性能及び効率の低下及び／又はエンジン故障を引き起こす可能性がある。従って、フォロワとＳ字形カムとの間の重荷接点を低減又は除去することにより、ＰＣＴ国際出願ＵＳ２００９／０６７００号のドウェル・サイクル・クランクを改善することが明らかに必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６７００号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の問題に対処するドウェル・サイクル・クランクを提供するために設計されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ローラを含み、往復直線運動を回転運動に変換するためのドウェル・サイクル・クランク構成を対象とする。このドウェル・サイクル・クランクは、フォロワと、上部ローラと、下部ローラと、本体とを含む。上部ローラは下側部分が除去されている。上部ローラの除去された下側部分はフォロワの上部と嵌合するように適合させる。下部ローラは上側部分が除去されている。下部ローラの除去された上側部分は前記フォロワの下部と嵌合するように適合させる。上部ローラ及び下部ローラは、フォロワがＳ字形パターンで本体内のローラ間を進行できるように回転するようにそれぞれのローラを適合させた位置で本体内に位置決めされる。
【００１１】
本発明を例証するために、図面には現在好ましい形が示されているが、本発明は図示されている正確な配置及び手段に限定されないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術によるドウェル・サイクル・クランクの環境斜視図である。
【図２】従来技術によるドウェル・サイクル・クランクの正面図である。
【図３Ａ】従来技術及び本発明によるドウェル・サイクル・クランクの１サイクル内の様々な段階の概略図である。
【図３Ｂ】従来技術及び本発明によるドウェル・サイクル・クランクの１サイクル内の様々な段階の概略図である。
【図３Ｃ】従来技術及び本発明によるドウェル・サイクル・クランクの１サイクル内の様々な段階の概略図である。
【図３Ｄ】従来技術及び本発明によるドウェル・サイクル・クランクの１サイクル内の様々な段階の概略図である。
【図３Ｅ】従来技術及び本発明によるドウェル・サイクル・クランクの１サイクル内の様々な段階の概略図である。
【図３Ｆ】従来技術及び本発明によるドウェル・サイクル・クランクの１サイクル内の様々な段階の概略図である。
【図３Ｇ】従来技術及び本発明によるドウェル・サイクル・クランクの１サイクル内の様々な段階の概略図である。
【図３Ｈ】従来技術及び本発明によるドウェル・サイクル・クランクの１サイクル内の様々な段階の概略図である。
【図４Ａ】ドウェル・サイクルのほぼ上死点における本発明によるドウェル・サイクル・クランクの正面図である。
【図４Ｂ】ドウェル・サイクルのほぼ中間点における本発明によるドウェル・サイクル・クランクの正面図である。
【図４Ｃ】ドウェル・サイクルのほぼ下死点における本発明によるドウェル・サイクル・クランクの正面図である。
【図５】本発明によるドウェル・サイクル・クランクの一実施形態の斜視図である。
【図６】図５に示されているドウェル・サイクル・クランクの部分分解斜視図である。
【図７】クランクシャフト及びトルクアームを備えた、本発明によるドウェル・サイクル・クランクの一実施形態の側面図である。
【図８】図７に示されているドウェル・サイクル・クランクの正面図である。
【図９】図７に示されているドウェル・サイクル・クランクのもう１つの側面図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるドウェル・サイクル・クランクを備えたエンジンの斜視図である。
【図１１】図１０に示されているエンジンのライン斜視図である。
【図１２】クランクシャフト及びトルクアームがエンジンハウジングの取り付け金具（mounting bracket）に取り付けられている、本発明によるドウェル・サイクル・クランクの他の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を参照すると、同様の番号が同様の要素を示しており、特許文献１に示されているドウェル・サイクル・クランク１０の一実施形態が図１〜図２に示されている。本発明は、特許文献１に示されているもの（図１〜図２を参照）と同様のドウェル・サイクルを有するが、そのドウェル・サイクル・クランクの構造に対して何らかの改善策が加えられているドウェル・サイクル・クランクを対象とする。
【００１４】
図１〜図２に示されているように、従来技術のドウェル・サイクル・クランク１０は、本体１８にピボット式に接続されたピストンヘッド又はシリンダ１２を有する往復運動ピストンを含む。このピストンはエンジンのシリンダ・チャンバ内で直線状に往復運動するように適合させ、ピストンの往復運動はクランクの回転に変換される。ピストンヘッド１２は、シールリング（図示せず）を取り付けるための環状溝１３を含む。本体１８の下部斜行部分はカム全体の半分を形成する曲線輪郭を有する。キャップ１９は本体１８に脱着式に取り付けられ、キャップ１９の上部斜行部分はカム全体の残りの半分を形成する曲線輪郭を有する。従って、図２により明確に示されているように、本体１８とキャップ１９の曲線輪郭は相俟って曲線スロット又はＳ字形カム２０を形成する。
【００１５】
この従来技術のドウェル・サイクル・クランクのピストン１２は、トルクアーム／オフセット・ジャーナル１５を介してクランクシャフト１４に動作可能に接続される。次に、オフセット・ジャーナル１５は、カム２０内に配置され、カム２０の両先端間を進行するように適合させた接続ベアリング又はフォロワ１７に取り付けられる。フォロワ１７は、カムの形状と一致する、実質的に楕円形である。フォロワ１７は、オフセット・ジャーナル１５のベアリング上に取り付け可能な２つの同一ハーフ部材（identical half）で構成することができる。それぞれの同一ハーフ部材は、その端部に外方延伸フランジ（outwardly extending flange）１６を含む。組み立てられると、これらのフランジ１６は本体１８及びキャップ１９の反対側に配置され、Ｓ字形カム２０のエッジをある程度越えて突出し、それによりそこからフォロワ１７が偶発的に離脱するのを防止する。
【００１６】
図１〜図２に示されているドウェル・サイクル・クランク１０はエンジンの容積効率及び幾何学的効率を改善するものであることが知られているが、この従来技術のドウェル・サイクル・クランクは改善することができるものと判断されている。改善が必要と判断された領域の１つは、フォロワ１７とＳ字形カム２０の上部および下部との間の重荷接点であった。このような重荷接点の結果、フォロワ１７及び／又はＳ字形カム２０の摩耗が発生し、その結果、エンジンの性能及び効率の低下及び／又はエンジン故障を引き起こす可能性がある。従って、フォロワとＳ字形カムとの間の重荷接点を低減又は除去することにより、このドウェル・サイクル・クランク１０を改善することが明らかに必要である。
【００１７】
図４〜図１２を参照すると、同様の番号が同様の要素を示しており、本発明のドウェル・サイクル・クランク１００が示されている。ドウェル・サイクル・クランク１００は、往復直線運動を回転運動に又はその逆に変換するためのものにすることができる。ドウェル・サイクル・クランク１００は、図１〜図２に示されている特許文献１のドウェル・サイクル・クランク１０と同じＳ字形パターン１１４及びドウェル・サイクルを使用することができる。図３Ａ〜図３Ｈに示されているように、従来技術のドウェル・サイクル・クランクは、本体内のＳ字形カム２０内を進行する楕円フォロワ１７を含む。この構成に関する関心事の１つは、楕円形のフォロワ１７がＳ字形カムの上向き部分及び下向き部分の先頭に重荷接点を有することである（上向き重荷接点２１は図１及び図２に示されている）。これは、これらの点の腐食を引き起こし、最終的にドウェル・サイクル・クランクの故障を引き起こす可能性があるので、重要な領域であると考えられている。
【００１８】
本発明は、フォロワと上部ローラ及び下部ローラとの間に一定の接触面を形成することにより、この２つの重荷接点を除去するように設計されている。図４〜図１２に示されているように、ドウェル・サイクル・クランク１００は一般に、フォロワ１０２と、上部ローラ１０４と、下部ローラ１０８と、本体１１２とを含むことができる。これらの部分について以下に詳細に述べる。
【００１９】
フォロワ１０２は本発明のドウェル・サイクル・クランク１００に含めることができる。図４〜図６を参照されたい。フォロワ１０２は、図１〜図２に示されているＰＣＴ国際出願ＵＳ２００９／０６７００号のドウェル・サイクル・クランク１０のフォロワ１７と同様のものにすることができる。フォロワ１０２は、上部ローラ及び下部ローラの除去された部分の形状と一致する、実質的に楕円形であることを含む、任意の形状にすることができる。フォロワ１０２は、オフセット・ジャーナル１３６のベアリング上に取り付け可能な２つの同一ハーフ部材で構成することができる。フォロワ１０２の上部１０２ａは除去された下側部分１０６の表面に対して嵌合することができ、下部１０２ｂは除去された上側部分１１０の表面に対して嵌合することができる。一実施形態では、フォロワ１０２は、上部ローラ１０４と下部ローラ１０８と本体１１２との間にフォロワ１０２を維持するために外方延伸フランジを含むことができる（図１〜図２の従来技術の実施形態を参照）。図６に示されている他の実施形態では、上部ローラ１０４と下部ローラ１０８と本体１１２との間にフォロワ１０２を維持するために、上部ローラ１０４が上部外方延伸フランジ１１６を含むことができ、下部ローラ１０８が下部外方延伸フランジ１１８を含むことができる。
【００２０】
上部ローラ１０４は本発明のドウェル・サイクル・クランク１００に含めることができる。図４〜図６及び図８を参照されたい。上部ローラ１０４は、フォロワ１０２を本体１１２内に位置決めし、フォロワ１０２がＳ字形パターン１１４の上側部分内で移動できるようにするための上面を提供するためのものにすることができる。一実施形態では、上部ローラ１０４は実質的に円形にすることができる。上部ローラ１０４は下側部分１０６が除去されている可能性がある。除去された下側部分１０６はフォロワ１０２の上部１０２ａと嵌合するように適合させることができる。一実施形態では、上部ローラ１０４は除去された下側部分１０６の両側に上部外方延伸フランジ１１６を有することができる。上部外方延伸フランジ１１６は、上部ローラ１０４と下部ローラ１０８と本体１１２との間にフォロワ１０２を維持するためのものにすることができる。上部ローラ１０４は、本体１１２の第１の穴１２０内に回転可能に位置決めすることができる。図４Ｃに示されているように、上部ローラ１０４は、フォロワ１０２がＳ字形パターン１１４の上部まで移動できるように回転することができる。各図に示されているように、上部ローラ１０４は、ドウェル・サイクル・クランク１００を通る空気流を提供するための穴を含むことができる。
【００２１】
下部ローラ１０８は本発明のドウェル・サイクル・クランク１００に含めることができる。図４〜図６及び図１２を参照されたい。下部ローラ１０８は、フォロワ１０２を本体１１２内に位置決めし、フォロワ１０２がＳ字形パターン１１４の下側部分内で移動できるようにするための底面を提供するためのものにすることができる。一実施形態では、下部ローラ１０８は実質的に円形にすることができる。下部ローラ１０８は上側部分１１０が除去されている可能性がある。除去された上側部分１１０はフォロワ１０２の下部１０２ｂと嵌合するように適合させることができる。一実施形態では、下部ローラ１０８は除去された上側部分１１０の両側に下部外方延伸フランジ１１８を有することができる。下部外方延伸フランジ１１８は、上部ローラ１０４と下部ローラ１０８と本体１１２との間にフォロワ１０２を維持するためのものにすることができる。下部ローラ１０８は、本体１１２の第２の穴１２２内に回転可能に位置決めすることができる。図４Ａに示されているように、下部ローラ１０８は、フォロワ１０２がＳ字形パターン１１４の下部まで移動できるように回転することができる。各図に示されているように、下部ローラ１０８は、ドウェル・サイクル・クランク１００を通る空気流を提供するための穴を含むことができる。一実施形態では、下部ローラ１０８は上部ローラ１０４と同じ寸法を有することができる。
【００２２】
本体１１２も本発明のドウェル・サイクル・クランク１００に含めることができる。図４〜図９を参照されたい。本体１１２は、上部ローラ１０４、下部ローラ１０８、及びフォロワ１０２を収容するためのものにすることができる。加えて、本体１１２は、図５〜図９に示されているように、上部ピストン１４０及び／又は下部ピストン１４２を接続するためのものにすることができる。本体１１２は、上部ローラ１０４、下部ローラ１０８、及びフォロワ１０２を収容するための任意の形状又はサイズのデバイスにすることができる。各図に示されているように、一実施形態では、本体１１２は、両方のピストンを接続するために楕円の上部及び下部から延びるアームを備えた、実質的に楕円形にすることができる。しかし、本発明はこのように限定されず、本体１１２は、図１〜図２に示されているＰＣＴ国際出願ＵＳ２００９／０６７００号のドウェル・サイクル・クランク１０の本体１８の形状を含むがこれに限定されない、その他の形状及びサイズを有することができる。本体１１２は、上部ローラ１０４を収容するための第１の穴１２０と、下部ローラ１０８を収容するための第２の穴１２２とを有することができる。第１の穴１２０及び第２の穴１２２は、重なる部分１２４を含むように位置決めすることができる。重なる部分１２４は、フォロワ１０２のサイズに近いものにすることができる（図４Ｂを参照）。このため、フォロワ１０２は、重なる部分１２４内に位置決めされるように適合させることができる。一実施形態では、第１の穴１２０はその右側に拡張半径（extended radius）１２６を有することができ、第２の穴１２２はその左側に拡張半径１２８を有することができ、Ｓ字形パターン１１４の形状次第でその逆も可能である。図６を参照されたい。拡張半径１２６及び１２８は、フォロワ１０２用のＳ字形カム１３０を形成するように適合させることができる。
【００２３】
クランクシャフト１３２は本発明のドウェル・サイクル・クランク１００とともに含めることができる。クランクシャフト１３２は、ドウェル・サイクル・クランク１００からの往復運動を出力するためのものにすることができる。クランクシャフト１３２はトルクアーム１３４を含むことができる。トルクアーム１３４はフォロワ１０２に動作可能に取り付けることができる。トルクアーム１３４はオフセット・ジャーナル１３６にすることができる。クランクシャフトの１サイクル中に上部ローラ１０４及び下部ローラ１８間のＳ字形パターン１１４で進行するフォロワ１０２の移動（図３Ａ〜図３Ｈを参照）により、クランクシャフト１３２の周期的ドウェル及びストロークを発生することができる。クランクシャフト１３２の周期的ドウェル及びストロークは、関連エンジンの容積効率及び幾何学的効率を最大化するために適合させることができる。
【００２４】
図４Ａ〜図４Ｃを参照すると、上部ローラ１０４及び下部ローラ１０８は、図３Ａ〜図３Ｈに示されているように、フォロワ１０２がＳ字形パターン１１４で本体内の上部ローラと下部ローラとの間を進行できるように回転するようにそれぞれのローラを適合させることができる位置で本体内１１２に位置決めすることができる。従って、本体内の上部ローラ１０４及び下部ローラ１０８の回転によりＳ字形カム１３０を形成し、フォロワ１０２が両方のローラによって形成されたＳ字形カム１３０内のＳ字形パターン１１４を移動することができる。
【００２５】
図３Ａ〜図３Ｈを参照すると、これらの図は、特許文献１に記載のドウェル・サイクル・クランク１０のドウェル・サイクルとともに図４〜図１２に示されている本発明のドウェル・サイクル・クランク１００用のドウェル・サイクルを示している。図３Ａ〜図３Ｈは、クランクシャフト１３２（図７〜図９及び図１１〜図１２を参照）又は従来技術のクランクシャフト１７の３６０度の回転による完全な１サイクルに関するものである。その上、参照番号３０は、ピストンの相対往復運動を決定するための比較基準線を表している。図３Ａ〜図３Ｃでは、ピストンは上死点（ＴＤＣ）にロックされ、フォロワ１０２（図４〜図６を参照）又は従来技術のフォロワ１７は、各図でそれぞれ、Ｓ字形カム１３０又は従来技術のＳ字形カム２０内の中心から、４５度、９０度まで移動している。それぞれの段階でＳ字形カム１３０内のフォロワ１０２のインターフェース及び位置により、ピストンは移動、即ち、下降移動が防止される。これはサイクル内の第１のドウェル段階である。
【００２６】
図３Ｃに示されている段階では、ピストンは自由に下降移動することができる。図３Ｃ〜図３Ｅから、ピストンはクランクシャフト１３２の９０度の回転の範囲内で下死点（ＢＤＣ）に達しており、即ち、フォロワ１０２は９０度のマークから１３５度のマーク及び１８０度のマークまでＳ字形カム１３０に沿って移動している。図３Ｅ〜図３Ｇに示されている段階では、ピストンはＢＤＣにロックされ、フォロワ１０２は、各図でそれぞれ、１８０度の位置のＳ字形カム１３０内の中心から、２２５度、２７０度まで移動している。それぞれの段階でＳ字形カム２０内のフォロワ１０２のインターフェース及び位置により、ピストンは移動、即ち、上昇移動が防止される。これはサイクル内の第２のドウェル段階である。
【００２７】
図３Ｇに示されている段階では、ピストンは自由に上昇移動することができる。図３Ｇ、図３Ｈから図３Ａに戻り、ピストンはクランクシャフト１３２の９０度の回転の範囲内でＴＤＣに達しており、即ち、フォロワ１０２は２７０度のマークから３１５度のマーク及び３６０度のマークまでＳ字形カム１３０に沿って移動している。この時点で、サイクルが繰り返される。
【００２８】
図３Ｃ〜図３Ｇを参照すると、ドウェル・サイクル・クランク１００は下降ストローク段階及び第２のドウェル段階を実行し、これらの段階はより大きい容積効率を発生する。ピストン・ストロークがクランクシャフトの１８０度の回転で発生する従来のエンジンと比較すると、ドウェル・サイクル・クランク１００は９０度の範囲内で同じストロークを実行する。これは、かなり高速のストロークを意味し、即ち、従来のものと比較してより短い時間で同じ容積を移動することを意味する。この高速ストロークは、エンジンブロックのピストン燃焼室内でより高い負圧又はラム効果を発生する。従って、その時間帯に投入される任意の所与のチャージ分はより急速に引き出されることになる。図３Ｅ〜図３Ｇに示されている後続のドウェル段階により、その所与のチャージ分はより長い時間をかけて燃焼室を充填することができる。この２つの特徴は、所与のチャージ分の容積を最大化し、それによりエンジンの容積効率を高めるものである。
【００２９】
図３Ｇ、図３Ｈ、及び図３Ａ〜図３Ｃを参照すると、ドウェル・サイクル・クランク１００は上昇ストローク段階及び第１のドウェル段階を実行し、これらの段階はより大きい幾何学的効率を発生する。図３Ｇ、図３Ｈ、及び図３Ａに示されている段階から、ドウェル・サイクル・クランク１００は上記と同じ方法で従来のものより高速で上昇ストロークを実行する。この結果、かなりの高速でチャージ分の圧縮が行われ、ピストン燃焼室の所与の容積についてより高い圧縮比を得ることができる。圧縮比が高くなると、エンジン用の力学的エネルギに変換すべきポテンシャルエネルギは所与のチャージ分の質量の点で最大になる。図３Ａ〜図３Ｃからの第２のドウェル段階は、圧力が増大できる時間を提供し、ＩＣＥの場合には、チャージ分のより完全な燃焼のための時間を提供する。
【００３０】
幾何学的効率は図３Ｃに示されている段階で発生する。従来のＩＣエンジンでは、圧縮されたチャージ分はＴＤＣより約８〜１２度前に点火され、より完全な燃焼を保証するための方法としてＴＤＣを約２０度過ぎるまで継続する。その結果、様々な合成角でオフセット・ジャーナルに対して圧力が加えられるので、クランクに対してピーク圧力未満の圧力が加えられる。対照的に、ドウェル・サイクル・クランク１００では、最も有利な角度で、即ち、図３Ｃに示されているように９０度又はその付近で、ピーク圧力を加えることができる。換言すれば、クランク・アームに対して作用する所与の力は、その力が垂直線から逸脱するほど、効果的でなくなるか又は減少する。フォロワ１０２の形状は、それにより合成角の適用が最小限になるので、圧力を加えるための最も有利な角度を得られることを保証する。従って、上記の特徴により、幾何学的効率が達成される。
【００３１】
図１０〜図１２を参照すると、本発明はエンジン１５８も含む。エンジン１５８は、ドウェル・サイクル・クランク１００を使用して、最適化した容積効率及び幾何学的効率を提供するためのものにすることができる。エンジン１５８は一般に、上記のドウェル・サイクル・クランク１００を含むことができる。加えて、エンジン１５８は、往復運動ピストン１３８とハウジング１４８を含むことができる。
【００３２】
１つ又は複数の往復運動ピストン１３８はエンジン１５８に含めることができる。図５〜図１２を参照されたい。往復運動ピストンは、ドウェル・サイクル・クランク１００に直線運動を提供するためのものにすることができる。１つ又は複数の往復運動ピストン１３８は、本体及び環状溝１４４に取り付けられているピストン形シリンダを有することができる。エンジン１５８は、単一の往復運動ピストン１３８を含む場合もあれば、複数の往復運動ピストンを含む場合もある。一実施形態では、各図に示されているように、エンジン１５８は、本体１１２の上部に取り付けられた上部ピストン１４０と本体１１２の下部に取り付けられた下部ピストン１４２という２つのピストンを含むことができる。加えて、複数のドウェル・サイクル・クランクを複数の往復運動ピストンと一緒に連結して、追加したシリンダ及び動力をエンジンに提供することができる。
【００３３】
ハウジング１４６はエンジン１５８に含めることができる。図１０〜図１２を参照されたい。ハウジング１４６は、１つのドウェル・サイクル・クランク１００又は複数のドウェル・サイクル・クランク１００を収容するためのものにすることができる。ハウジングは、１つのドウェル・サイクル・クランク１００又は複数のドウェル・サイクル・クランク１００を収容するために適合させた任意のサイズ又は形状のハウジングにすることができる。一実施形態では、各図に示されているように、ハウジング１４６は、開放型上端部１４８、開放型下端部１５０、及び／又は開放型側面１５２を含むことができる。開放型上端部１４８は上部ピストン１４０と嵌合するように適合させることができる。開放型下端部１５０は下部ピストン１４２と嵌合するように適合させることができる。開放型側面１５２はクランクシャフト１３２にアクセルを取り付けるために適合させることができる。
【００３４】
１つ又は複数の取り付け金具１５４はエンジン１５８内のハウジング１４６とともに含めることができる。図１１〜図１２を参照されたい。取り付け金具１５４は、ハウジング１４６内部でドウェル・サイクル・クランク１００を位置決めするためのものにすることができる。取り付け金具１５４は、ハウジング１４６内部でドウェル・サイクル・クランク１００を位置決めするために適合させた任意のサイズ又は形状の金具にすることができる。一実施形態では、取り付け金具１５４は、クランクシャフト１３２を介してドウェル・サイクル・クランク１００の両側に接続するように適合させた２つの金具を含むことができる。
【００３５】
複数の取り付け位置１５６はエンジン１５８内のハウジング１４６とともに含めることができる。取り付け位置１５６はエンジン１５８を取り付けるためのものにすることができる。例えば、取り付け位置１５６は、自動車又は乗用車のエンジンルーム内にエンジン１５８を取り付けるためのものにすることができる。取り付け位置１５６は、任意の側にエンジン１５８を取り付けるように適合させることができ、任意の数の取り付け位置１５６を含むことができる。
【００３６】
本発明は、エンジンの容積効率及び幾何学的効率を最大化する方法も含む。この方法は、上記のドウェル・サイクル・クランク１００を提供するステップと、内燃機関１５８用のハウジング１４６内にドウェル・サイクル・クランク１００を位置決めするステップと、取り付け金具１５４を介してハウジング１４６の内部にドウェル・サイクル・クランク１００を取り付けるステップとを含む。
【００３７】
上記のドウェル・サイクル・クランクの構成の恩恵は、Ｓ字形カムの上部及び下部で重荷接点が除去されることである。ローラの使用により、フォロワと本体との接触が必ず表面接触になる。これは、カムと本体との間の摩耗及び亀裂を低減し、ドウェル・サイクル・クランクの寿命を延長するものと考えられる。
【００３８】
ドウェル・サイクル・クランク１００はその様々な特徴に対する様々な代替例を包含できることは注目に値する。例えば、ドウェル・サイクル・クランク１００は多種多様なエンジンに適用することができ、ＩＣＥに限定されない。様々な部分は、所望の効率及び性能に適した金属又は材料の任意の組み合わせから構築することができる。
【００３９】
本発明は上記の諸実施形態に限定されず、特許請求の範囲の範囲内のすべての実施形態を包含することを理解されたい。その結果、本発明は、その精神及び本質的な属性から逸脱せずに他の形で実施することができ、従って、本発明の範囲内に示されているように、上記の明細書ではなく、特許請求の範囲を参照すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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